氯碱工业是基本化学工业之一,它的产品烧碱和氯气在国民经济中占有重要地位,广泛用于纺织工业、轻工业、冶金和有色冶金工业、化学工业和石油化学工业等部。
一、氯碱工业发展简史。
生产烧碱和氯气有着悠.久的历史,早在中世纪就发现了存在于盐湖中的纯碱,后来就发明了以纯碱和石灰为原料制取NaOH的方法即苛化法: Na2CO3+Ca(OH)2=2NaOH+CaCO3
因为苛化过程需要加热,因此就将 NaOH称为烧碱,以别于天然碱( Na2CO3)。 直到19世纪末,世界上一直以苛化法生产烧碱。
采用电解法制烧碱始1890年,隔膜法和水银法几乎差不多同时发明。隔膜法于189 0年在德国首先出现,第一台水银法电解槽是在1892年取得专利。食盐电解工业发展中的困难,首先是如何将阳极产生的氯气与阴极产生的氢气和氢氧化钠分开,不致发生爆炸和生成氨酸翎,以上两种生产方法都成功地解决了这个难题。前者以多孔隔膜将阴阳两极隔开;后者则.以生成钠汞齐的方法使氯气分开。这样,就奠定了两种不同的生产工艺的基础,并一直沿用到现在。
我国氯碱工业是在本世纪二十年代才开始创建的。第一家氯碱厂是上海天原电化厂(现在的上海天原化工厂前身)1930年正式投产,采用爱伦一摩尔电解槽,开工电流 1500A,日产烧碱2吨。到 1949年全国解放为止,全国仅有氯碱厂9家,年产量仅1.5万吨。
解放后,我国氯碱工业和其它工业一样,发展速度很快,烧碱年产量在50年代末为37.2万吨,平均年增长率为36.1%,在60年代末为70.4万吨,平均年增长率为6.28%;在70年代末为 182万吨,平均年增长率为 8.29%;80年代末烧碱的年产量为320.8万吨,平均年增长率为 5.82%。现在除台湾省外,全国共有二百余家企业生产氯碱.19观年全国烧碱产量为331.2万吨,仅次于美,日,占世界第三位。以后每年有增加,1991年345.1万吨,1992年373.5万吨,1993年达390万吨,均列第三位,烧碱由原来的进口国转为出口国。
我国在70年代初成功地开发了金属阳极电解槽,1973年上海桃浦化工厂小试成功后,1974年即在上海天原化工厂投入工业化生产,到 1986年金属阳极电解槽的产量已占烧碱总产量的40%以上。
我国第一台复板式离子膜电解槽是在1979年由上海天原化工厂自行设计并投入生产的。采用杜邦公司Nafion-227离子膜。1990年3月上海氯碱总厂电化厂引进日本旭肖子公司年产15万吨离子膜烧碱的装置并投入生产,成为远东地区最大的氯碱厂。目前国内采用离子膜生产工艺的还有锦西化工总厂、北京化工二厂、大沽化工厂等。进入"八五"后离子膜烧碱,总的生产能力将达70万吨。
二、氯碱工业的特点
氯碱工业的特点除原料易得、生产流程较短外,主要还有三个突出问题。
(l)能源消耗大:氯碱生产的耗电量仅次于电解法生产铝,按照目前国内生产水平,每生产1吨100%烧碱需耗电2580度,耗汽5吨,总能耗折标准煤为 1.815吨。1988年我国氯碱工业用电量占全国发电量的1.5%.因此,电力供应情况和电价对氯碱产品的生产成本影响很大。重视选用先进工艺,提高电解槽的电、能效率和碱液蒸发热能的利用率,以降低烧碱的电耗和蒸汽消耗,始终是氯碱生产企业的一项核心工作。
(2)氯与碱的平衡 电解食盐水溶液时,按固定质量比例(1:0.85)同时产出烧碱和氯气两种产品。在一个国家和地区,对烧碱和氯气的需求量不一定符合这一比例。因此就出现了烧碱和氯气的供求平衡问题。在一般情况下,发展中国家在工业发展初期用氯量比较小,由于氯气不宜长途运输,所以总是以氯气的需要量来决定烧碱的产量,因此往往会出现烧碱短缺的现象。在石油化工和基本有机原料发展较快的国家和地区,氯的用量就较大,因此就出现烧碱过剩。总之烧碱和氯气的平衡问题始终是氯碱工业发展中的一个恒定的矛盾。
(3)腐蚀和污染 氯碱产品如烧碱、盐酸等均具有强腐蚀性,在生产过程中使用的原料如石棉、汞和所产生的含氯废气都可能对环境造成污染,因此防止腐蚀和三废处理也一直是氯碱工业的努力方向。